Пульсатор быстропеременного давления



Пульсатор быстропеременного давления
Пульсатор быстропеременного давления

 


Владельцы патента RU 2467297:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки датчиков пульсаций давления. Пульсатор содержит сильфон, эталонный и калибруемый датчики давления, расположенные внутри рабочей камеры пульсаций давления сильфона. Вход эталонного датчика через аппаратуру низкой частоты соединен с вольтметром и осциллографом. При этом выход калибруемого датчика через согласующий усилитель заряда и нормирующий усилитель тоже соединен с вольтметром и осциллографом. В устройство дополнительно введен вибрационный электромагнитный стенд, содержащий стол, блок управления, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, схемы подмагничивания, усилителя мощности, а также соединительные элементы. На столе стенда закреплен сильфон через шпильку. Сильфон скреплен со шпилькой нижней частью с помощью дюралюминиевого диска, а верхней частью с кольцом, которое скреплено со скобой, соединенной с корпусом вибростенда четырьмя винтами. Перемещение стола вибростенда через шпильку внутри объема сильфона создает рабочую камеру. В рабочей камере расположен съемный стакан. На дно стакана с наружной поверхности смонтированы эталонный и испытуемый датчики. Под воздействием электромагнитной силы гофры сильфона деформируются, и в рабочем объеме возникает поле пульсаций давления. Под давлением мембраны этих датчиков прогибаются, и на выходе получают сигнал, пропорциональный величине пульсаций давления. Техническим результатом является расширение области применения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в качестве задатчика пульсаций давления (быстропеременного и звукового давления) и для калибровки пленочных и объемных датчиков пульсаций давления.

Известно устройство для градуировки датчиков пульсаций давления. Устройство содержит объект, пленочный датчик, уплотняющее резиновое кольцо, металлический стакан, расположенный снаружи эталонный датчик любого типа с погрешностью измерения 0,2-1,0%. Вход генератора пульсаций соединен с источником сжатого воздуха, а выход - со стаканом через трубку. Стакан крепится (держится) на объекте, например, ручным способом. Сигналы эталонного и пленочного (калибруемого) датчиков после усиления регистрируют в цифровом и аналоговом виде. Форма сигналов контролируется по осциллографу. Предварительный усилитель защищают от влияния внешних воздействий.

Такое устройство позволяет калибровать датчики пульсаций давления любого типа [Казарян А.А. Пленочные датчики давления. - М.: Бумажная галерея, 2006. - стр.245-246].

К недостаткам устройства можно отнести следующее: не все помещения оснащены сетью (трубопроводы) или камерами сжатого воздуха, затруднена стабильная подача и поддержка сжатого воздуха в камере, где находится эталонный и калибрируемый датчики.

Наиболее близким к предложенному изобретению техническим решением является сильфонный пульсатор быстропеременного давления с «эксцентриковым» приводом, содержащий шток, рабочую камеру, внутренний сильфон, камеру противодавления, хладагент, эталонный и калибруемый датчики пульсации давления, электронагреватель и эксцентрик.

Сильфонный пульсатор быстропеременного давления - это устройство, основным элементом которого является рабочая камера, состоящая из сильфона, передающего энергию рабочей среды в виде колебаний при изменении его объема. В рабочую камеру, основным элементом которой является внутренний сильфон, из магистрали подается газ, шток, находящийся в крайнем нижнем положении, упирается в эксцентрик, на 180° шток поднимается в крайнее верхнее положение и сокращает длину сильфона а, следовательно, уменьшается и его объем. Из-за уменьшения объема сильфона давление в камере увеличивается. Выходное напряжение эталонного и калибруемого датчиков контролируется вольтметром и осциллографом. [Федяков Е.М., Колтаков В.К., Богдатьев Е.Е. Измерение переменных давлений. - М:. Издательство «Стандартов» - стр.47-48, рис.27].

Такое устройство позволяет калибровать датчики пульсаций давления любой модификации.

К недостаткам устройства можно отнести следующее: эта конструкция сложная, требуются большие затраты для проведения калибровки датчиков.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение области применения и сокращение затрат в процессе калибровки датчиков пульсаций давления.

Технический результат достигается тем, что в пульсатор быстропеременного давления, содержащий сильфон, эталонный и калибруемый датчики давления, расположенные внутри рабочей камеры пульсаций давления сильфона, вход эталонного датчика через аппаратуру низкой частоты соединен с вольтметром и осциллографом, при этом выход калибруемого датчика через согласующий усилитель заряда и нормирующий усилитель тоже соединен с вольтметром и осциллографом, дополнительно введены вибростенд, содержащий стол, блок управления, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, схемы подмагничивания, усилителя мощности, а также соединительные элементы в виде шпильки, гайки, основание из дюралюминия, кольцо, скоба, съемный держатель, стакан, резиновое кольцо, два крепежа, причем в блоке управления генератор синусоидальных колебаний, схема подмагничивания и усилитель мощности соединены между собой и со схемой возбудителя, рабочим столом через шпильку, гайку, и основание соединены с сильфоном, конец сильфона скреплен с кольцом, кольцо скреплено двумя винтами со скобой, причем скоба четырьмя винтами скреплена с вибростендом, внутри рабочей камеры расположен съемный стакан и кольцо скреплено со скобой двумя винтами, пазы съемного держателя находятся между верхней поверхностью скобы и двумя крепежами из стали, крепежи жестко закреплены на поверхности скобы, причем съемный стакан расположен внутри рабочего объема сильфона, а между стаканом и кольцом из дюралюминия расположено резиновое кольцо.

На фигуре показана конструкция пульсатора быстропеременного давления с блок-схемой измерения пульсаций давления и управления устройства.

Устройство содержит вибростенд 1, в состав которого входит стол 2, скрепленный с вибростендом винтами 3 по окружности, винтами 4, шпилькой (осью) 5, гайкой 6. Стенд также содержит основание 7 (подвижный торец) сильфона 8, кольцо 9, два винта 10, скобу 11, съемный держатель 12, два крепежа 12/, съемный стакан 13, резиновое кольцо 14, калибрируемый пленочный датчик давления 15, эталонный датчик 16. Блок-схема управления представляет собой электродинамический возбудитель вибростенда 17, в состав которого входит схема подмагничивания 18, усилитель мощности 19, генератор синусоидальных колебаний 20. В блок-схему измерения пульсаций давления входит аппаратура низкой частоты 21, согласующий усилитель заряда 22, нормирующий усилитель 23, вольтметр 24 и осциллограф 25.

Элементы конструкции между собой связаны следующим образом: на корпус вибростенда 1 с помощью четырех винтов 4 крепят скобу 11, расстояние между винтами 4 с левой и правой стороны по длине 179 мм, по ширине 73 мм. Эти размеры характерны для возбудителя типа ВЭДС-10А отечественного производства. Стол 2 с винтами 3 входит в состав вибростенда 1. Шпильку (ось) 5 к столу 2 вибростенда 1 крепят с помощью гайки 6. Основание сильфона 7 и кольцо 9 между собой соединены сильфоном 8 и скреплены герметичным конструкционным клеем на основе эпоксидной смолы К. Кольцо 9 и скоба 11 соединены между собой двумя винтами 10. Съемный стакан 13 помещают внутри сильфона 8, где образуется рабочая камера пульсаций давления. Внутри стакана 13 смонтирован эталонный датчик 16 заподлицо со стаканом и испытуемым пленочным датчиком давления 15. Герметичность и регулирование объема рабочей камеры (внутри сильфона 8) обеспечивает резиновое кольцо 14. Оно может быть разной толщины (1-5 мм). Неподвижность (статическое состояние) съемного стакана 13 обеспечивают съемным держателем 12 с двумя крепежами 12/. Пазы (усики) съемного держателя входят между крепежами 12/ и поверхностью скобы 11. Крепеж на поверхности скобы 11 закреплен клеем или сваркой. Материал скобы 11 и крепежа 12/ - сталь. Основание сильфона 7, съемного стакана 13 и съемного держателя 12 изготавливают из дюралюминия. В состав вибростенда 1 входит генератор синусоидальных колебаний 20, схема подмагничивания 18, усилитель мощности 19. Выходы блоков 18, 20 соединяют с входами усилителя мощности 19. Выходы блоков 18, 20 через блок 19 соединяют с входом вибростенда 1. Совокупность вибростенда, генератора синусоидальных колебаний, схемы подмагничивания и усилителя мощности в виброизмерительной технике известна как стенд вибрации. Далее выход эталонного датчика 16 соединен с входом аппаратуры низкой частоты 21 4АНЧ-22, разработанной в ЦАГИ. Вход блока 21 соединен с вольтметром 24 и осциллографом 25. Эталонный датчик выбирают малогабаритный любого типа, микрофон - полупроводниковый, емкостный и т.д.

Выход тонкопленочного емкостного датчика 15 через согласующий усилитель заряда 22, нормирующий усилитель 23 соединяют с вольтметром 24 и осциллографом 25. Согласующий и нормирующий усилители широко распространены в отечественной и зарубежной измерительной технике.

Функционирование пульсатора быстропеременного давления

Основным элементом устройства является рабочая камера, состоящая из сильфона 8 и съемного стакана 13. Пульсации давления в камере создаются за счет изменения ее объема в результате перемещения нижнего торца сильфона, показанного стрелками на фигуре. Величина давления в рабочей камере, т.е. внутри сильфона, зависит от величины смещения ℓ (фигура) подвижного торца сильфона и совпадает с перемещением стола 2 вибростенда с вертикальной осью 5. Предполагается, что процесс, проходящий в сильфоне, адиабатичный. В рабочей камере установлен съемный стакан 13 с датчиками 15, 16. С противоположной стороны на рабочую камеру сильфона 8 через шпильку 5, стол 2 вибростенда 1 действует переменное магнитное поле. В результате перемещения сильфона внутри него возникает переменное синусоидальное давление. Магнитное поле создается генератором синусоидальных колебаний 20 и усиливается в усилителе мощности 19. Электромагниты, находящиеся внутри вибростенда 1, возбуждаются с подачей сигнала с помощью схемы подмагничивания 18 и усилителя мощности 19. Схема подмагничивания 18 питает стабилизированным постоянным током катушку подмагничивания внутри вибростенда 1. Блок управления 17 решает задачу снижения и фильтрации низкочастотных шумов.

Ток подвижной катушки внутри вибростенда электродинамического типа взаимодействует с постоянным магнитным полем и создает толкающую силу. Величина этой силы известна из виброакустики и определяется по формуле F=0,102 10-6BImL [кГс], где В - индукция в воздушном зазоре, Гс; Im - сила тока в подвижной катушке, А (амплитудное значения); L - длина проводника подвижной катушки, см. Если по обмотке подвижной катушки пропускают синусоидальный ток, то колебание стола вибростенда тоже будет синусоидальным. При движении стола вибростенда с осью увеличивается и уменьшается рабочий объем сильфона. С изменением рабочего объема в камере давление изменяется на некоторую величину. Значение этого давления приблизительно можно определить по закону Бойля-Мариотта [2] как P1 V1=P2 V2, где P1, V1 - давление и объем в начальный момент времени; Р2, V2 - давление и объем после деформации сильфона. Давление при деформации сильфона P2=P1+ΔР, тогда амплитуда (размах) колебаний определяется как

При непрерывной деформации сильфона в рабочем объеме (объем внутри сильфона) будет изменятся давление от P1 до P1+ΔP1 по синусоидальному закону. Это давление воздействует одновременно на эталонный и испытуемый датчики с частотой деформаций сильфона.

Принцип работы устройства. При воздействии вибрации на вибростенд 1 через блок управления 17 стол 2 с сильфоном 8 колеблется. В частности, колебания могут быть синусоидальной формы. Колебание стола 2 через ось 5 и основание 7 передается сильфону 8. Благодаря деформации сильфона 8 в рабочей камере давления возникают пульсации давления тоже синусоидальной формы размахом ΔР. В результате воздействия давления ΔР на эталонный 16 и испытуемый 15 датчики мембраны этих датчиков деформируются и на их выходе возникает электрический сигнал. После усиления, нормирования в аппаратуре низкой частоты 21 определяют давление в рабочей камере как

где S - заранее известное значение коэффициента преобразования эталонного датчика пульсации давления 16; Uвых - напряжение на выходе аппаратуры низкой частоты 21. Одновременно сигнал с выхода емкостного датчика 15, проходящий через согласующий 22 и нормирующий 23 усилители, измеряют вольтметром 24 и осциллографом 25 и определяют коэффициент преобразования испытуемого пленочного датчика давления 15 как .

В ЦАГИ для проведения экспериментального исследования с целью разработки пульсатора быстропеременного давления был выбран вибрационный электродинамический стенд ВЭДС-ЮА. В качестве формирователя пульсаций давления был выбран бесшовный тонкостенный (толщиной 0,3 мм) гофрированный сильфон. Число гофров 9, материал Бр, модуль упругости 1,35·10-4 кгс/мм2. Особенностью сильфона является постоянство эффективной площади на рабочем участке характеристики. Эффективную площадь сильфона определяют как где средний радиус сильфона , Rв, Rн - внутренний и наружный диаметры сильфона. Изменение объема внутри полости сильфона вычисляется как Δv=Fэфl, где l - перемещение сильфона с осью 5. Изменение объема внутри полости сильфона вычисляется в соответствии с выражением Δv=Sэфl.

При макетировании экспериментального образца устройства были использованы эталонный полупроводниковый датчик с коэффициентом преобразования 0,7 мВ/Па, при коэффициенте усиления аппаратуры 4АНЧ-22666,7 и напряжении питания 5В. Сигналы с выхода испытуемого пленочного датчика были усилены и согласованы согласующим усилителем заряда при напряжении поляризации датчика 100В. Выходной сигнал в обоих случаях контролировался вольтметром и осциллографом. Характеристики сильфоного пульсатора давления исследовались в диапазоне частот от 30 до 300 Гц. С изменением тока подмагничивания вибратора от 0,1 до 2,0В давление в рабочей камере изменялось от 8 Па (112 дБ) до 200 Па (140 дБ). При давлении в рабочей камере 200 Па, коэффициенте усиления измерительного канала 2000 было зарегистрировано выходное напряжение 100 мВ.

Таким образом, решения поставленной задачи достигают путем использования известных вибраторов отечественного и зарубежного производства. Расходы снижаются за счет того, что на этом вибраторе кроме калибровки датчиков пульсаций давления также калибруют акселометры, проверяют виброчувствительность, прочность датчиков и других изделий электронной техники.

Пульсатор быстропеременного давления, содержащий сильфон, эталонный и калибруемый датчики давления, расположенные внутри рабочей камеры пульсаций давления сильфона, вход эталонного датчика через аппаратуру низкой частоты соединен с вольтметром и осциллографом, при этом выход калибруемого датчика через согласующий усилитель заряда и нормирующий усилитель тоже соединен с вольтметром и осциллографом, отличающийся тем, что в устройство введены вибростенд, содержащий стол, блок управления, состоящий из генератора синусоидальных колебаний, схемы подмагничивания, усилителя мощности, а также соединительные элементы в виде шпильки, гайки, основание из дюралюминия, кольцо, скоба, съемный держатель, стакан, резиновое кольцо, два крепежа, причем в блоке управления генератор синусоидальных колебаний, схема подмагничивания, и усилитель мощности соединены между собой, а рабочий стол вибростенда и основание шпилькой и гайкой соединены между собой и с сильфоном, конец сильфона скреплен с кольцом, кольцо скреплено двумя винтами со скобой, причем скоба четырьмя винтами скреплена с вибростендом, внутри рабочей камеры расположен съемный стакан и кольцо скреплено со скобой двумя винтами, пазы съемного держателя находятся между верхней поверхностью скобы и двумя крепежами из стали, крепежи жестко закреплены на поверхности скобы, причем съемный стакан расположен внутри рабочего объема сильфона, между стаканом и кольцом из дюралюминия расположено резиновое кольцо.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточного давления в агрессивных высокотемпературных средах. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидких и газообразных сред или механической силы в электронных системах контроля, защиты и управления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения давления. .

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению пульсаций давления в аэродинамическом эксперименте. .

Изобретение относится к передатчикам давления, используемым в системах управления промышленными процессами, в частности, изобретение относится к датчику давления для использования в передатчике давления.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах контроля и регулирования давления. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления в авиационной технике, на кораблях и подводных лодках и т.д., а также для обнаружения течей теплоносителя трубопроводов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления. .

Изобретение относится к измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения звукового давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности для измерения статического и динамического давления без нарушения целостности обтекания потока газа и изделий

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления, и может быть использовано при измерении разности давлений жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и повышение точности измерений. Измерительный преобразователь давлений с емкостным сенсором содержит связанные между собой корпус чувствительного элемента, имеющий центральную камеру, разделенную электропроводной мембраной на две полости. При этом полость электропроводящей мембраны соединена двумя параллельными между собой и чувствительным элементом заливочными капиллярами и снабжена токопроводящими выводами. Два разделительных узла с расположенными параллельно друг другу разделительными гофрированными мембранами имеют подмембранные полости, сообщающиеся с полостью электропроводящей мембраны. Вогнутая рабочая поверхность полости выполнена металлизированной снаружи полностью. Электропроводная мембрана чувствительного элемента расположена перпендикулярно по отношению к разделительным гофрированным мембранам. Заливочные капилляры полости электрочувствительной мембраны развернуты в противоположных направлениях и соединены с ее полостью горизонтальным каналом. Разделительные гофрированные мембраны расположены каждая в своем корпусе с противолежащих сторон от корпуса чувствительного элемента. Подмембранные полости разделительных гофрированных мембран соединены с подводящими разделительную жидкость отдельными заливочными капиллярами. 2 ил.

Изобретение относится к области управления и регулирования на определенном уровне парциального давления кислорода в замкнутом объеме и может быть использовано при термическом анализе фазовых превращений и процессов диссоциации простых и сложных оксидов методами термогравиметрии, термодилатометрии, дифференциально-термического анализа в зависимости от изменения парциального давления кислорода в равновесной газовой атмосфере. Способ формирования газовой смеси для анализа и обработки материалов при переменном давлении включает подачу в систему инертного газа, измерение в нем парциального давления кислорода, сравнивание измеренного парциального давления кислорода с заданным и регулирование величины парциального давления кислорода в смеси кислородным насосом путем изменения силы тока, подаваемой на кислородный насос так, чтобы в системе поддерживалось заданное постоянное (индивидуальное для каждого опыта) давление кислорода в диапазоне -0.67>lgPo2>-24 (атм). Техническим результатом изобретения является возможность получения газовой смеси на основе инертного газа с заданным постоянным, точно контролируемым и регулируемым в широком диапазоне содержанием кислорода. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике для измерения параметров потока, в частности полного давления, давления скоростного напора, статического давления, пульсации и/или звукового давления, измерения величины и направления скорости в пространственных потоках. Устройство содержит датчики давления. Датчик давления содержит емкостные чувствительные элементы (ЕЧЭ), соосные с тензометрическим мостом (ТМ). ЕЧЭ через усилитель заряда и напряжения (УН) соединен с индикатором. ТМ на выходе имеет аппаратуру низкой частоты (АНЧ) и соединен с индикатором. Устройство содержит цилиндрический корпус, внутри которого расположен трех- и/или пятитрубчатый приемник, залитый мягким герметиком. Приемные части двух приемников срезаны под углом 45°. Устройство в рабочем участке аэродинамической трубе перемещается с помощью электромеханического сканера. Управление сканера осуществляется блоком управления. Соосные ТМ и ЕЧЭ монолитной конструкции расположены в трех трубках заподлицо с поверхностью среза этих приемников. Внутренние диаметры трубок 3 мм и больше, длиной от 0 до 30 мм. Материал корпуса и трубок - нержавеющая сталь. Техническим результатом изобретения является повышение качества и точности измерения давления. 4 ил.

Группа изобретений относится к измерительной технике. Изобретения могут быть использованы для исследования переходных процессов в авиационной космической технике и в разных отраслях промышленности. Техническим результатом изобретения является уменьшение времени и затрат энергоресурсов ИО при переходе от одного установившегося к другому установившемуся режиму, за счет того что для увеличения времени наблюдения за переходным процессом в газовой среде используют инерционный емкостной датчик, ЧЭ датчика изготавливают из диэлектрика с минимальной скоростью распространения внутри его звуковой волны. Представлены конструкция и способ сборки инерционного емкостного датчика, а также способ измерения давления в составе измерительной аппаратуры. Емкостной инерционный датчик давления состоит из трех диэлектрических пленок. Первая диэлектрическая пленка содержит основной экран, вторая диэлектрическая пленка содержит нижние обкладки с выводами и экран. Обе пленки выполнены из твердого полиимида, на верхней поверхности третьей диэлектрической пленки сформирована ответная обкладка с выводом и экраном. Из слоев трех диэлектрических пленок собран пакет, пленки скреплены между собой и исследуемым объектом с помощью клея. В емкостном инерционном датчике давления третья диэлектрическая пленка выполнена из мягкого диэлектрика, на ее поверхности сформирована объединенная ответная обкладка, все обкладки с выводами и экраны выполнены из медной или никелевой фольги, причем обкладки с выводами и экраны на поверхностях второй и третьей диэлектрических пленок сформированы методом фотолитографии, толщина фольги из меди или никеля от 5 до 20 мкм. 3 н.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.
Наверх